JTS 空间运算实战：线 × 线、线 × 面、面 × 面叠加分析

一、前言
[二、核心 API 一览](#二、核心 API 一览)
三、环境准备
[四、线 × 线叠加（Line × Line）](#四、线 × 线叠加（Line × Line）)
- [4.1 求交点](#4.1 求交点)
- [4.2 线段并集](#4.2 线段并集)
[五、线 × 面叠加（Line × Polygon）](#五、线 × 面叠加（Line × Polygon）)
- [5.1 道路穿越区域](#5.1 道路穿越区域)
- [5.2 线段差集（取外部段）](#5.2 线段差集（取外部段）)
[六、面 × 面叠加（Polygon × Polygon）](#六、面 × 面叠加（Polygon × Polygon）)
- [6.1 交集（Intersection）](#6.1 交集（Intersection）)
- [6.2 并集（Union）](#6.2 并集（Union）)
- [6.3 差集（Difference）](#6.3 差集（Difference）)
- [6.4 对称差（Symmetric Difference）](#6.4 对称差（Symmetric Difference）)
- [6.5 四种面面运算对比](#6.5 四种面面运算对比)
[七、缓冲 + 叠加（典型业务场景）](#七、缓冲 + 叠加（典型业务场景）)
八、完整可运行代码
九、常见坑位与注意事项
十、实践建议
十一、小结

一、前言

在 GIS 开发中，空间叠加运算（Overlay Operations）是最核心的能力之一。无论是区域合并、剪裁、挖洞，还是交叉口分析、服务范围计算，都离不开以下四种基本运算：

intersection（交集）
union（并集）
difference（差集）
symDifference（对称差）

JTS（Java Topology Suite）提供了完整的叠加运算 API，本文将通过大量可运行的代码示例，讲解线×线、线×面、面×面的叠加分析，并结合实际业务场景说明其应用方式。

二、核心 API 一览

以下是本文涉及的主要 JTS API 对照表：

API	返回类型	业务场景
`intersection(a, b)`	Geometry	区域重叠分析、路口判断
`union(a, b)`	Geometry	多个区域合并、服务范围聚合
`difference(a, b)`	Geometry	剪裁、挖洞、排除区域
`symDifference(a, b)`	Geometry	差异区域分析
`buffer(d)`	Geometry	缓冲分析、服务半径生成

三、环境准备

Maven 依赖：

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.locationtech.jts</groupId>
    <artifactId>jts-core</artifactId>
    <version>1.19.0</version>
</dependency>

四、线 × 线叠加（Line × Line）

线与线的叠加最常见的场景是交叉口分析------判断两条道路是否相交，交点在哪里。

4.1 求交点

java 复制代码

LineString lineA = (LineString) reader.read("LINESTRING (0 0, 10 10)");
LineString lineB = (LineString) reader.read("LINESTRING (0 10, 10 0)");
Geometry intersection = lineA.intersection(lineB);
System.out.println("交点: " + intersection.toText());
// 输出: POINT (5 5)

当两条线相交时，intersection 返回的是一个 Point 对象。如果两条线重合（共线），则返回的是 LineString。

4.2 线段并集

java 复制代码

Geometry union = lineA.union(lineB);
System.out.println("并集: " + union.toText());
// 输出: MULTILINESTRING ((0 0, 5 5), (5 5, 10 10), (0 10, 5 5), (5 5, 10 0))

并集操作会将两条线合并为一个 MultiLineString，交点处会被拆分为多个线段。

五、线 × 面叠加（Line × Polygon）

线面叠加在实际业务中非常常见，例如：判断道路是否穿越某个行政区、计算道路在某区域内的长度等。

5.1 道路穿越区域

java 复制代码

Polygon polygon = (Polygon) reader.read(
    "POLYGON ((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0))");
LineString crossingLine = (LineString) reader.read(
    "LINESTRING (-2 5, 12 5)");
Geometry linePolygonIntersection = crossingLine.intersection(polygon);
System.out.println("线面交集: " + linePolygonIntersection.toText());
// 输出: LINESTRING (0 5, 10 5)

当线与面相交时，intersection 返回的是被剪裁后保留在面内的线段。

5.2 线段差集（取外部段）

java 复制代码

Geometry linePolygonDifference = crossingLine.difference(polygon);
System.out.println("线减面: " + linePolygonDifference.toText());
// 输出: MULTILINESTRING ((-2 5, 0 5), (10 5, 12 5))

差集操作可以得到位于多边形外部的线段部分，非常适合用于"切割"场景。

六、面 × 面叠加（Polygon × Polygon）

面面叠加是 GIS 中最强大的分析能力，支持交集、并集、差集、对称差四种运算。

6.1 交集（Intersection）

java 复制代码

Polygon polyA = (Polygon) reader.read(
    "POLYGON ((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0))");
Polygon polyB = (Polygon) reader.read(
    "POLYGON ((5 5, 15 5, 15 15, 5 15, 5 5))");
Geometry intersectAB = polyA.intersection(polyB);
System.out.println("交集: " + intersectAB.toText());
// 输出: POLYGON ((5 10, 10 10, 10 5, 5 5, 5 10))

交集返回两个多边形重叠的部分，结果仍然是一个 Polygon。

6.2 并集（Union）

java 复制代码

Geometry unionAB = polyA.union(polyB);
System.out.println("并集: " + unionAB.toText());
// 输出: POLYGON ((0 0, 0 10, 5 10, 5 15, 15 15, 15 5, 10 5, 10 0, 0 0))

并集将两个多边形合并为一个完整的多边形，重叠部分只保留一次。

6.3 差集（Difference）

java 复制代码

Geometry diffAB = polyA.difference(polyB);
System.out.println("差集(A-B): " + diffAB.toText());
// 输出: POLYGON ((0 0, 0 10, 5 10, 5 5, 10 5, 10 0, 0 0))

差集 A - B 表示"属于 A 但不属于 B"的部分，常用于"挖洞"场景。

6.4 对称差（Symmetric Difference）

java 复制代码

Geometry symDiffAB = polyA.symDifference(polyB);
System.out.println("对称差: " + symDiffAB.toText());
// 输出: MULTIPOLYGON (...)

对称差是 (A - B) 并 (B - A)，即两个几何对象互不重叠的部分。

6.5 四种面面运算对比

运算	公式	含义
交集	A ∩ B	两者重叠的部分
并集	A ∪ B	两者合并的全部区域
差集	A - B	A 中不属于 B 的部分
对称差	(A-B) ∪ (B-A)	两者互不重叠的部分

七、缓冲 + 叠加（典型业务场景）

以下是一个非常常见的实际场景：根据两个服务中心点生成服务半径缓冲区，再将两个缓冲区合并为一个完整的服务范围。

java 复制代码

Point serviceCenterA = factory.createPoint(new Coordinate(5, 5));
Point serviceCenterB = factory.createPoint(new Coordinate(8, 8));
Geometry bufferA = serviceCenterA.buffer(4);  // 圆形服务区
Geometry bufferB = serviceCenterB.buffer(4);
Geometry mergedServiceArea = bufferA.union(bufferB);
System.out.println("合并服务区面积: " + mergedServiceArea.getArea());

这种"缓冲 + 并集"的模式在实际项目中应用广泛，例如：

城市服务网点覆盖范围计算
配送半径内的订单分配
基站信号覆盖分析
商圈影响力范围评估

八、完整可运行代码

以下是本文所有示例的完整汇总，可直接复制到IDE中运行：

java 复制代码

import org.locationtech.jts.geom.*;
import org.locationtech.jts.io.WKTReader;

public class JtsOverlayOperationDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        GeometryFactory factory = new GeometryFactory();
        WKTReader reader = new WKTReader(factory);

        // ===== 1. 线 × 线 =====
        LineString lineA = (LineString) reader.read("LINESTRING (0 0, 10 10)");
        LineString lineB = (LineString) reader.read("LINESTRING (0 10, 10 0)");
        Geometry lineIntersection = lineA.intersection(lineB);
        System.out.println("==== 线×线 ====");
        System.out.println("交点: " + lineIntersection.toText());

        // ===== 2. 线 × 面 =====
        Polygon polygon = (Polygon) reader.read(
            "POLYGON ((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0))");
        LineString crossingLine = (LineString) reader.read("LINESTRING (-2 5, 12 5)");
        System.out.println("\n==== 线×面 ====");
        System.out.println("线面交集: " + crossingLine.intersection(polygon).toText());
        System.out.println("线减面: " + crossingLine.difference(polygon).toText());

        // ===== 3. 面 × 面 =====
        Polygon polyA = (Polygon) reader.read(
            "POLYGON ((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0))");
        Polygon polyB = (Polygon) reader.read(
            "POLYGON ((5 5, 15 5, 15 15, 5 15, 5 5))");
        System.out.println("\n==== 面×面 ====");
        System.out.println("交集: " + polyA.intersection(polyB).toText());
        System.out.println("并集: " + polyA.union(polyB).toText());
        System.out.println("差集: " + polyA.difference(polyB).toText());
        System.out.println("对称差: " + polyA.symDifference(polyB).toText());

        // ===== 4. 缓冲 + 叠加 =====
        Geometry bufferA = factory.createPoint(new Coordinate(5, 5)).buffer(4);
        Geometry bufferB = factory.createPoint(new Coordinate(8, 8)).buffer(4);
        Geometry merged = bufferA.union(bufferB);
        System.out.println("\n==== 缓冲+并集 ====");
        System.out.println("合并服务区面积: " + merged.getArea());
    }
}

运行结果

九、常见坑位与注意事项

结果可能为空 ：当两个几何对象不相交时，intersection 返回的是一个空的 GeometryCollection，需要用 isEmpty() 判断。

java 复制代码

if (!lineA.intersection(lineB).isEmpty()) {
    // 有交集
}

经纬度下面积无实际意义 ：如果传入的是 WGS84 经纬度数据，buffer() 生成的缓冲区半径单位是"度"，不是米，必须先投影。
运算结果可能产生新的几何类型 ：例如 union 可能返回 Polygon、MultiPolygon 或者仅是一个简单的 Point，不要强制类型转换。
方向性问题 ：difference(A, B) 和 difference(B, A) 的结果是不同的，顺序很重要。
性能问题 ：大量多边形并集时，建议使用 CascadedPolygonUnion 而非循环调用 union()。

十、实践建议

输入校验 ：永远先用 isValid() 检查几何对象的合法性，非法几何会导致叠加运算结果不可预期。
结果类型判断 ：用 instanceof 判断返回类型，而不是强制转型，避免 ClassCastException。
经纬度数据务必投影 ：使用 GeoTools 的 JTS.transform 转换到 EPSG:3857 或 UTM 后再进行缓冲和面积计算。
批量运算用级联并集 ：多边形合并优先使用 CascadedPolygonUnion，性能远优于循环 union。
空结果处理 ：所有叠加运算结果都应检查 isEmpty()，避免后续空指针异常。
单位清晰：在代码中明确标注度量单位（度 / 米 / 平方米），避免后续维护误用。

十一、小结

本文系统讲解了 JTS 中的空间叠加运算能力：

线 × 线：求交点、线段并集
线 × 面：线段被多边形剪裁、取外部段
面 × 面：交集 / 并集 / 差集 / 对称差
缓冲 + 叠加：服务范围合并的典型业务场景

这些 API 是 GIS 空间分析的基础。

JTS 空间运算实战：线 × 线、线 × 面、面 × 面叠加分析

目录

一、前言

二、核心 API 一览

三、环境准备

四、线 × 线叠加（Line × Line）

4.1 求交点

4.2 线段并集

五、线 × 面叠加（Line × Polygon）

5.1 道路穿越区域

5.2 线段差集（取外部段）

六、面 × 面叠加（Polygon × Polygon）

6.1 交集（Intersection）

6.2 并集（Union）

6.3 差集（Difference）

6.4 对称差（Symmetric Difference）

6.5 四种面面运算对比

七、缓冲 + 叠加（典型业务场景）

八、完整可运行代码

九、常见坑位与注意事项

十、实践建议

十一、小结